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岩土体大面积离散元软件MatDEM研发与行使

高孔隙度砂岩中的压密破坏带阻碍地下水和油气等流体的运移,其变成机制向来是国际岩石力学领域商量的叁个销路广。地学与工程大学施斌教师团队刘春副教师,近5年来与美利坚同盟友内布拉斯加理教院地质与景况科学系DavidD.
Pollard教授合作,结合该组织在微观布局深入分析和微观力学方面包车型地铁商量成果,解译了区别造型压密带的产生机制,上个月在Nature
Index期刊JG昂科雷-Solid Earth上连年刊登两篇杂文:“Mechanism of formation of
wiggly compaction bands in porous sandstone: 1. Observations and
conceptual model”和“2. Numerical simulation using discrete element
method”。刘春副助教为率先小编和电视发表笔者。

眼下,国内的工程数值模拟软件市镇三头被海外商业软件据有,国家一年一度成本大量的基金购置和行使那么些软件,紧缺“卡脖子”本领的骨干竞争性。高品质离散元软件MatDEM
软件的中标研究开发和接纳显着提升了国内在离散元软件方面包车型客车着力竞争力!作者由衷地可望,刘春硕士能够积极,囊萤映雪,不断康健软件的成效和增加软件的品质,产生拥有完全自己作主知识产权和国际角逐性的高品质离散元软件,服务于国家入眼要求和全人类的科学手艺升高!

在二〇一四年1一月11日至十二十一日进行的第第十届全国工程地质大会上,笔者校地学与工程大学刘春副教师等十二个人青春科学和技术术职业作者荣获由中中原人民共和国地质学会工程地质专门的职业委员会宣布的谷德振青少年科学技术奖。

报告人:刘春 博士 副教授

两篇随想重要基于该集体独立研究开发的八个软件系统,即颗粒及构造裂隙图像识别与解析系统,以至三维离散元数值模拟软件MatDEM。第一篇诗歌使用PCAS软件定量地分析了不一样形态的压密带原岩孔隙和颗粒系统构造,开掘当压密带由V型向波浪型和平直型调换时,其原岩的孔隙度和选拔品级呈增加的可行性。据此测算砂岩孔隙度和抉择品级的增多引起岩石力学质量的变通,使得砂岩破坏角扩充,并产生差异形态的压密带。第二篇杂谈使用改善的离散元工程数值法和MatDEM软件(Liu
et al., JG奥迪Q5,
2012)来效仿砂岩的毁坏进度。模拟结果注解:砂岩模型破坏角,压密带形态与砂岩的投降包络面形状紧凑相关,并受砂岩的屈服应力、抗压强度等成分影响。两篇杂谈结果相互验证,揭穿了砂岩压密带的模样受砂岩的微观结会谈力学质量功效。该成果将越是行使于地点沉降、页岩气水力压裂和收缩演化等的定量解析和数值模拟钻探。

施 斌

谷德振青少年科学技术奖每五年评选叁次,是中华夏族民共和国地质学会工程地质专门的学问委员会为感怀国内工程地质学的祖师爷谷德振院士,称誉在本国工程地质领域做出非凡贡献的青少年工程地质人才而设置的正经权威奖项。笔者校地学与工程高校古代生教师、朱鸿鹄副教授曾前后相继收获该奖。

报告时间:二〇一八年八月二十八日午后2:00-3:30

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2019 年4 月于南京

刘春副助教二零一三年博士结业于南大,曾经担负U.S.澳大拉斯维加斯国立大学博士后,首要研讨世界为岩土体多场多规格定量解析和数值模拟,包蕴岩土体微观构造数字图像定量深入分析,岩土体离散元法、多场耦合理论、系统研发和使用等。近期以率先小编发布了10篇SCI随想,此中囊括3篇Journal
of Geophysical Research- Solid
Earth杂文,前后相继获得二〇一一年李四光非凡学士大学生奖、2012年江西省级非凡成品秀大学生杂文和岩石力学与工程学会青年人才托举工程支撑。

告诉地方:能源与地学大学C402报告厅

图:采取改正的离散元法模拟了砂岩分裂造型压密带的多变

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主办单位:能源与地学高校

该研商得到国家自然科学基金入眼项目和青春项目,中心大学主导调研业务费(020614380014)资金援助。

刘春研讨团队

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图片 5报告人简要介绍:刘春,南大地学与工程高校副教授,硕导。首要研究世界为岩土体多场多规格数值模拟和深入分析。二〇一一年博士结业于南大,获“贰零壹壹年李四光特出大学子大学生奖”。后在加州理经济高校扩充博士后研讨,二零一六年始任南大副教师。2015年获中夏族民共和国地质学会工程地质“谷德振青少年科学技术奖”;2015年当选中国科学技协“青少年人才托举工程”,等。主持和参加了7项国家自然科学基金项目研讨,揭橥了50余篇研商随想,富含22篇SCI散文,杂谈SCI他引约300次。在那之中,以第一我发布了11篇SCI诗歌,包涵3篇发布于JG安德拉-
Solid Earth。已申请和获得国家发明专利10项,得到软件小说权5项。

(地学与工程大学 科学才能处)

刘春,南大地学与工程高校副教师,硕士生导师;长时间致力总结工程地质领域的研讨,包蕴离散元法理论钻探和体系研究开发、岩土体多场耦合和宏微观机制、工程地质科研;二零一三年毕业于南大,后在U.S.A.澳大澳门国立大学致力大学子后讨论;主持和参预了7项国家自然科学基金项目探究,已刊登23篇SCI诗歌,诗歌SCI他引451次;个中,以第一小编发表SCI散文11篇,满含3篇发布于地学超级期刊JG陆风X8-Solid
Earth;已报名和得到国家发明专利13项,软件着作权5项;
二〇一五年获中中原人民共和国地质学会工程地质“谷德振青少年科技奖”;二零一六年当选中国科学技协“青年人才托举工程”;今年选中福建省第十七批“六大人才高峰”高档案的次序人才接受作育接济安插。

(地学与工程高校 科学手艺处)

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地质与岩土工程领域的繁多主题素材都关乎大变形破坏,应力、水分和温度等多场耦同盟用,如滑坡祸殃、地面沉降、隧道开挖和页岩气水力压裂等。实验和现场钻探能很好地认知那些标题,但具有开支大、周期长和促成难的特点。计算机数值模拟本领是解析和认得那几个主题素材的一种高效和可重复的一手。在那之中,离散元法通过堆成堆和胶结颗粒来塑造立模型型,能管用地模拟岩土体的非一而再性、不均匀性和大变形破坏,在地质、岩土工程和财富开垦等领域有所拾壹分布满的利用价值。

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线弹性模型暗中提示图

离散元法通过堆放和胶积一四种具有特定力学性质的颗粒来创设岩土体模型。

自一九八〇 年离散元法的第一篇诗歌(Cundall and
Strack,1977)宣布于Geotechnique以来,其已被引1
万余次,为如今岩土领域被引次数最高的杂谈之一。近期,随着大范围复杂工程建设的充实和微处理机本领的抓实,离散元法在工程领域得到更进一竿多的关怀。不过,离散元法应用于工程实施还面对着三大难点:离散元法总括量庞大,计算单元数经常在10
万单元以内,相当大地范围了其工程应用;离散元法定量建模困难,堆成堆模型的微观力学质量与单元力学参数间的关系不明了,难以直接拿走一定弹性模量和强度的模子;离散元法的多场耦合理论还没全面,贫乏对应的数值软件。

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MatDEM运行分界面

在前人钻探的底子上,小编从零早先研究开发了高质量的离散元软件 MatDEM(Matrix
DEM,即矩阵离散元),围绕着那几个主题材料,以大范围化、通用化和工程采纳为对象,开展了一星罗棋布职业:针对计算量庞大的难题,接纳原创的矩阵离散元计算法,软件实现了数百万单元的离散元数值模拟,将稳步完备由试样尺度到工程标准化的使用;针对定量建立模型困难的难点,推导了离散元模型的宏微观转变公式,在软件中落到实处了离散元材质自动操练,可自行获取内定力学性质的离散元聚成堆模型,超大地下跌了离散元法建立模型的难度;针对多场耦合难点,在软件中落到实处了摩擦生热和能量守恒数值模拟;基于有限差分思想,完毕了热传导和热力耦合数值模拟;提议了离散元孔隙密度流方法,完毕了流固耦合数值模拟。这个方法为更加的的复杂性工程运用提供了可观的答辩功底。

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MatDEM叁遍开荒示例

据悉常用的MATLAB 语言,MatDEM
提供了强硬的一回开垦作用,能够一本万利地创设适用于各样难点的数值模型。通过与行家读书人的合作开拓,不断地拉动软件的通用化和职业化。近来,软件可以如法泡制大超多的地质和岩土工程难点。在各领域行家的扶植和扶植下,我创造了20
余个应用示范,满含离散元试验、重力效用、边坡与减少、岩土工程、多场耦合等,获得了能够的上马应用。为了越来越好地提供扶植服务,大家树立了MatDEM
网址
网站获取。

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地质与岩土工程矩阵离散元解析

刘春着. 东京:科学书局,2019.6

本书分为三个部分,第1盘部为底蕴篇。第1
章简介离散元法的基本原理、总计方法和工程使用前景。关于离散元法的系统理论和测算方式,可参照他事他说加以调查《颗粒物质力学导论》(哈工大东军大学孙其诚和王光谦着)以至《总括颗粒力学及工程运用》(哈拉雷理工业余大学学学季顺迎着)等专门的工作书籍;关于离散元的三番五次-非三番五次理论、接触模型和宏微观理论,可参看中科院力学研究所李世海切磋员、同济蒋明镜等读书人的相干散文和专着。第2~5
章重视介绍MatDEM
的骨干协会和成效,以致建立模型进程和后甩卖作用。软件中的数据以面向对象的措施来公司,全数总计数据均可在软件中查阅、编辑和保留,导入和世襲总计。在功底篇中,详细地介绍了矩阵离散元计算法的主导进程、数据组织格局和含义,以致单元、连接、组、材质和荷载的定义和动用方法。非常地,MatDEM
提供了商业软件规范的后管理模块,能够渔人之利地转变数十种图件,以致变化模拟进程的GIF
动漫。通过翻阅那个故事情节,能够火速地精通离散元法的基本原理和软件的接纳格局。

图片 11陨石撞击地面进程图”
style=”width:33.33%;margin:1rem auto”>

{“type”:1,”value”:”第二片段为施行篇。第6
章重点结合桩土成效、隧道建立模型和盾构滚刀破岩几个示范,详细地介绍MatDEM
的建模和数值模拟的符合规律化步骤,提出在翻阅完此章节后,再阅读实践篇的其余章节。第7
章以直剪、扭剪试验和真三轴试验为例,重视介绍通过函数来营造零件,并拼合整人体模型型,以至哪些创设三个维度复杂成岩裂隙和节理。第8
章以三个维度滑坡建立模型为例,介绍怎么样行使数字高程数据营造复杂的三个维度模型。第9
章介绍重力作用数值模拟,包罗陨石撞击地面、矿山斜坡爆破和震害引力功效。第10
章介绍高端的自定义参数和三回开采作用,达成了当地沉降、微波协理破岩、财富桩热力耦合等繁琐的多场耦合进度数值模拟。第6~10
章由简单到复杂,共介绍了十三个使用示范。通过匡正和总结应用那一个示例,可进展各式地质和工程难点的数值模拟,并赞助分析和消灭每一样调查切磋与工程难点。

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数值试验室对应于user_3AxialNew三回支付示范

遵照叁遍开辟代码生成的MatDEM离散元实验室,可用以岩土体宏微观商讨。近期已提供单轴压缩,侧限压缩,直剪,扭剪,常规三轴和真三轴等试验的数值模拟功效。右下方命令行处可以预知,MatDEM每秒实现310万次颗粒三个维度运动计算(这段时间最快达到二零零一万次卡塔尔国。

离散元法理论斟酌、系统研究开发和平运动用是一条比较久远和费劲的征程。在MatDEM
软件的支付和本书的编慕与著述进度中,取得了重重专家读书人的补助和带领。软件公开下载一年来讲,数百名行家读书人和硕士出席了软件的测验和应用,不断地增进了软件的通用性、易用性和专门的学业度。在这里表示由衷的千恩万谢!

刘 春

2019 年2 月18 日于拉脱维亚里加

本文章摘要编自《地质与岩土工程矩阵离散元深入分析》(刘春着.
东方之珠:科学书局,2019.6)一书“前言”,有删减,文中插图来自该书正文、MatDEM
网址,标题为编者所加。

网编:周 丹 高慧元

离散元法能有效地模拟岩土体的非三番两次性、不均匀性和大变形破坏,在调研和生产实施中具备布满的利用价值。基于原创的矩阵离散元总结情势,笔者从零初始研究开发了高质量离散元软件MatDEM,完成了数百万单元的离散元数值模拟。本书在介绍离散元法基本原理和算法的功底上,详细介绍了MatDEM
软件的中央结构、建立模型方法、数值总结进度、后甩卖和系统函数;以至在地质和岩土工程领域的应用示范,包罗基本岩土工程难点、离散元试验、三个维度滑坡、引力功效和多场耦协效率等。本书配有关照的教学录像,软件和教学摄像可由以下网址获得:

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